复杂曲面等残留高度螺旋刀具轨迹生成方法的研究

复杂曲面加工中,刀具轨迹规划是数控加工技术的关键,它的优劣性将直接影响曲面加工的精度和效率。在总结等残留高度法和螺旋走刀模式的特点基础上,对等残留高度法进行改进,提出了基于等残留高度法的螺旋加工模式刀具轨迹生成方法,给出了该方法的生成刀具轨迹的流程。该方法解决了等残留高度法轨迹线零散、轨迹不光滑、不利于高速加工的缺点,实现了加工轨迹光滑连续,在确保加工精度的前提下,提高了曲面加工效率。最后,利用此方法对叶片零件加工实例进行了刀具轨迹规划,在UG加工模块中完成了加工仿真,验证了方法的优越性。     

自由曲面等误差数控加工刀轨生成方法

等误差刀轨的逼近误差等于设定的最大允许值(阈值),步长达到了理论最大,能够有效提高数控加工的进给速度和平顺性,为了对自由曲面高效地生成满足精度要求的等误差刀轨,提出以几何距离驱动刀触点调整的等弓高误差刀触点迭代搜索方法,提出以刀具切削包络面与刀触点轨迹线之间的最大距离作为逼近误差、采用自适应离散法进行计算的方法;然后以等弓高误差刀触点的刀位点作为初值,提出步长自适应调整迭代的等误差刀位点计算方法;最后对算例计算出等误差刀轨验证了算法的可行性,所有刀位点的逼近误差均位于指定的阈值邻域内,满足了等误差要求,与常用的步长筛选法相比,计算时间更短、刀位点更少。     

UG二次开发在三阶切触加工刀位规划中的应用

非球头刀五轴数控加工可以通过调整刀具姿态,使得在刀触点处刀具包络曲面充分逼近理论设计曲面,从而显著提高给定精度下的切削带宽.研究了非球头刀宽行五轴加工自由曲面的三阶切触法,通过UG API几何造型的方法,精确计算切削带宽,并利用UG二次开发实现了平底刀加工自由曲面的刀位规划.算例结果表明该软件系统生成的刀具路径能显著提高加工效率.     

基于UG/Open API的齿面侧铣精加工方法研究

将自由曲面的数控加工方法应用于大模数齿面加工中,采用多轴联动侧铣完成最终齿轮表面的精加工。为了使加工中刀具切触点能够与齿面相适应、减小刀具的磨损,利用UG NX的二次开发环境,对齿面加工的走刀轨迹进行控制。仿真结果表明:该方法能够较好地解决齿面加工中切触点固定的问题,有利于延长刀具寿命,提高加工效率。     

复杂曲面的五轴加工无干涉刀具路径生成技术研究

基于微分几何理论,对复杂曲面环形刀无干涉刀具路径生成算法进行研究,对复杂曲面进行曲面划分,在此基础上建立环形刀五轴加工模型,进行走刀步长、加工行距和相邻刀触点等的计算,并提出通过选择最佳刀具尺寸和改变刀具姿态进行干涉避免的方法.与其它环形刀刀具路径生成算法相比,本文提出的算法具有更高的准确性和可靠性.     

基于遗传算法的曲面加工优化双刀具选择算法

针对球头刀加工自由曲面时的局部干涉影响曲面加工效率问题,提出了优化双刀具选择算法。基于曲率模型求取无曲率干涉加工自由曲面的最小刀具尺寸,给出对应不同尺寸刀具划分自由曲面干涉区域和非干涉区域,等面积平面近似曲面计算刀具路径总长度计算方法,基于遗传算法求解由刀具尺寸与刀具路径长度建立的双刀具选择模型。验证实例表明该算法能够显著提高自由曲面加工效率。     

基于STL数据模型的NURBS刀轨生成算法

为了提高数控加工的加工效率,提出了一种适用于STL数据模型的NURBS刀轨生成算法。由刀触点计算无干涉直线刀轨的刀位点;采用最小二乘法将刀位点拟合成NURBS切削刀轨,在拟合过程中,计算拟合偏差及投影点参数,并用投影点参数对刀位点参数进行修正。在切削刀轨之间采用NURBS曲线过渡;通过调节节点矢量,使得切削刀轨和过渡刀轨在连接处保持C1连续。实验结果表明,采用文中算法生成的NURBS刀轨具有较少的控制顶点、较高的拟合精度以及较好的光顺性。     

等切削量三维螺旋数控曲面运动轨迹规划

为了保证数控机床高速切削运动的平稳性和连续性,保护机床的进给系统,避免出现因停顿或加速度的突变而造成的较大惯性冲击载荷,从而影响零件的加工质量,提出了一种基于STL数据曲面展开算法的等切削量三维螺旋式刀具平滑运动轨迹规划。在自由曲面加工中避免频繁抬降刀,不同曲面位置等切削量和实现相邻轨迹间平滑过渡的优点,有效的减少刀具的空行程,加减速过程,缩短整个加工时间,同时使刀具承受的载荷更加稳定,因而有利于提高加工表面的质量。为高速数控精加工提供了可靠的条件。     

非球面刀具数控加工模具型腔的无干涉路径规划

在球面刀具干涉处理算法的基础上 ,对模具型腔自由曲面NC三轴加工中平头刀的刀具轨迹的干涉处理技术进行了分析。将干涉处理从三维空间问题分解为2个二维空间问题 ,并提出相应的干涉处理方法。该算法具有干涉处理彻底、处理效率高等优点     

面向加工效率的曲面刀具路径优化方法

针对曲面数控加工中加工效率低的问题,提出了一种提高曲面类零件加工效率的刀具路径优化方法。首先对刀具路径优化问题进行描述,提出了刀具路径与加工效率的关系模型;再建立了以机床加工效率为优化目标,以主轴转速、进给量、切削功率、主轴力矩、加工行距为约束的优化模型;并根据曲面加工行距和加工质量的影响,对曲面离散化而生成合理的刀触点;利用蚁群算法对刀触点的连接顺序及无重复走刀方式进行优化求解。最后通过案例验证了该方法的有效性。     

基于运动学约束的刀轴矢量优化研究

针对五轴数控加工中由于避免全局干涉而带来的刀轴矢量变化过大的问题,提出了向前、向后修正的平缓过渡方法,优化刀轴矢量的变化。建立了机床旋转轴角速度约束条件,并且在每一刀触点处建立进给坐标系,通过在进给坐标系下调整已有刀轴矢量的倾角和摆角使得相邻刀触点间的刀轴矢量变化满足机床旋转轴运动学要求,保证刀具轨迹上进给率的连续性。算法仿真和算例分析表明,所提出的方法合理可行,能使刀轴矢量变化光顺,保证了加工过程的平稳和高效。     

自由曲面铣削表面形貌仿真方法研究

鉴于表面形貌仿真对于自由曲面零件表面质量控制和工艺参数优化的重要意义,文章从运动学角度出发分别建立自由曲面工件和刀刃扫掠点的数学模型,然后运用Z-map法对上述模型进行逻辑求交以获取表面形貌特征点,并基于特征点完成自由曲面铣削表面形貌仿真。此外,文章提出一种用于求解切削时刻与其对应刀位点位置之间映射关系的新型矢量检索算法,该算法无需建立描述刀具轨迹的三向运动方程,具有编程简单、易于实现的优点。通过仿真实例可以证明,基于新型检索算法的表面形貌仿真模型是合理有效的,可广泛用于自由曲面零件铣削加工表面质量的预测。     

自由曲面参数线加工算法

从工程实际应用出发,提出了一种适合裁剪NURBS曲面加工基于参数线的刀轨生成算法。在曲面的参数线上规划刀位规划,将曲面用三角片离散逼近,利用刀具曲面与三角的几何相关性进行了干涉检查及刀位修正。实践表明,算法速度快、稳定性好。     

自由曲面五坐标端铣加工干涉避免的研究

基于平底端铣刀有效切削轮廓曲率与刀触点曲面法曲率匹配,初定刀具姿态,再通过刀具圆柱面与曲面求交,推导了交线上各点坐标的计算公式.利用交线上干涉点数据,计算并调整刀具姿态,避免切削刃后缘和侧缘过切被加工表面,消除瓶颈干涉.与用刀触点曲率半径计算并消除瓶颈干涉的方法相比,该方法更合理、更实用.     

非周期自由曲面数控加工的计算方法研究与应用

通过对非周期自由曲面与刀具接触规律的研究,文章提出了将最小有向距离算法应用于非周期自由曲面数控加工中。该种计算刀触点的方法以最小有向距离原理为基础,结合九点寻优算法,不仅从理论上消除了编程误差,而且不受初始点选取的限制,没有迭代收敛性问题,还可推广到其他数控加工中。     

基于欧拉角度内插法的五坐标刀轴光顺设计算法研究

相对于传统的三坐标加工,五坐标加工具备很多优点.在五坐标加工中,如果刀具轴向变化过于剧烈的话,将很容易伤到零件表面,因此在满足过切和碰撞侦测的条件下,生成光顺的刀具轴向则非常重要.在五坐标自由曲面加工中,为了得到更加高效和高质量的曲面,本文提出一种新的刀具轴向设计方法.针对刀具轴向变化剧烈的特点,本文提出通过使用欧拉角度内插法进行刀具轴向设计,使得刀具轴向沿着被加工刀具路径光顺变化,从而达到了提高加工精度和效率的目的.最后,通过具体的计算机仿真实例证明了本文所提出的算法,在改进自由曲面加工中的有效性.     

自由曲面数控加工走刀方向的优化研究

走刀方向对数控加工的效率有重要影响，尤其对于多曲面拼接自由曲面不规则轮廓区域的数控加工。针对现有自由曲面数控加工过程走刀方向优化研究存在的问题，提出了基于曲面数控加工区域划分的走刀方向优化策略，建立了简化的刀具轨迹计算模型和加工时间模型，并用实例加以验证，取得了满意的效果。     

参数曲面五轴加工轨迹优化方法

非线性误差是五轴加工中加工误差的重要来源,不可避免。针对五轴加工中的非线性误差问题,分析了非线性误差产生的原因,提出了一种减小机床非线性误差的轨迹优化算法。该方法直接计算各实际刀轨与工件参数曲面之间的误差,找出非线性误差过大的刀位,通过递归插入新刀位来减小非线性误差,直到满足精度。插入刀位点时,结合曲面凹凸性及刀具路径的弦弧逼近误差,同时将过切、欠切情况考虑在内。仿真分析结果显示该方法能避免插入不必要的刀位点,可显著减小非线性误差。     

基于刀具姿态控制的指令点插补算法

为克服五轴数控加工中忽略刀具姿态控制所带来的旋转轴速度和加速度不连续等问题,提出一种基于刀具姿态控制的五轴数控加工指令点插补算法。该算法根据给定的数控加工程序确定刀尖点位置集合和刀轴矢量集合,分别采用样条曲线对离散刀尖点和刀轴矢量进行拟合,得到刀尖点曲线和刀具姿态曲线,在此基础上进行指令点插补。实验结果表明,该算法能够将离散刀轴矢量拟合成位于单位球面的二阶连续曲线,保证旋转轴速度和加速度的连续性。     

螺旋曲面的四自由度加工方法

文章在研究螺旋曲面的加工原理的基础上,提出以工件旋转、刀具的坐标变化以及刀具的螺旋角度变化为基础,按空间包络法计算刀触点轨迹,由四轴插补形成了刀具沿螺旋线方向的进给运动,从而实现了前后两个加工截面之间的螺旋位置关系。该方法在国内首次提出四轴坐标系下应用无瞬心包络铣削理论实现螺旋曲面加工,为四轴联动数控机床加工复杂螺旋曲面提供了可靠的理论基础。